高中物理人教版 (2019)必修 第一册4 自由落体运动教学设计

第二章 第四节 自由落体运动

【教学目标】

(1)了解什么是自由落体运动；自由落体产生的条件；认识自由落体运动的特点；

(2) 掌握自由落体运动的规律；速度随时间的变化规律，位移随时间变化的规律(定量)。

(3) 理解自由落体运动的条件和性质，掌握重力加速度的概念；

(4) 掌握自由落体运动的规律，能用匀变速直线运动的规律解决自由落体问题。

【核心素养发展】

核心知识

（1）理解自由落体运动的条件和性质，掌握重力加速度的概念；

（2）掌握自由落体运动的规律，能用匀变速直线运动的规律解决自由落体问题。

核心能力

（1）培养学生的观察能力和逻辑推理能力；

（2）进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力；

（3）通过对自由落体运动规律的应用，提高学生的解题能力。

科学品质

（1）充分利用多媒体辅助教学、演示实验和课本中的小实验，让学生积极参与课堂活动，设疑、解疑、探求规律，做到师生默契配合、情理交融，使学生始终处于积极探求知识的过程中，达到最佳的学习心理状态。

（2）利用课后的阅读材料，介绍伽利略上百次的对落体运动本质规律的探索研究，使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘德育教育的素材。

【教学重点】

仅受重力作用的不同物体，具有相同的重力加速度g。

【教学难点】

物体下落的快慢与物体所受重力的大小无关。

【教学方法和教具】教师启发、引导学生思考，讨论、交流学习成果。探究法、讨论法、实验法。自由落体演示仪及附件。

（一）新课导入

复习提问

s1∶s2∶s3=1∶4∶9  sⅠ∶sⅡ∶sⅢ＝1∶3∶5

（二）新课内容

我们今天应用这些知识研究一种常见的运动，物体下落的运动。

[演示Ⅰ]硬币和纸袋分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落速度，从表面上看得到结论，“物体越重，下落得越快”。

1．亚里斯多德(Aristotle)的认识

从公元前4世纪至公元17世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。

2．伽利略(Galileo)的贡献(1638年)

两个物体mA＞mB分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？

结论：①整体分析：当把两个物体捆在一起时mC=mA＋mB，因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重从而下落的应最快。

②局部分析：A物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B的作用，结果就像一个大人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于A、B两物体之间即vA＞vC＞vB。伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点，从而得出结论：重物体不比轻物体下落得快。亚里斯多德忽略了空气阻力对运动物体的影响，从而得出错误的结论：“力是维持物体运动的原因”。

[演示Ⅱ]将纸袋揉成纸球和硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度(相差不多)，把硬币装入纸袋与另一枚硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度也相差不多，若减小空气对运动物体的影响会如何呢？

[演示Ⅲ]牛顿管中的物体下落，将事先抽过气的牛顿管内的硬币与轻鸡毛从静止一起下落，观察实验结果两者几乎同时落到牛顿管的下端，硬币落下有声，眼可直接观察鸡毛下落，将牛顿管放入空气再做实验情况就截然不同了。

一、自由落体运动

①定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

自由落体运动是一种理想运动，在实际问题中有空气时，物体的密度不太小，速度不太大(H不太高)，可以近似看成是自由落体运动。

结论：不同物体做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。

②性质：伽利略所处的年代还没有钟表，计时仪器也较差，自由落体运动又很快，伽利略为了研究落体运动，利用当时的实验条件做了在斜面上从静止开始下滑的直线运动(目的是为了“冲淡重力”)，证明了在阻力很小的情况下小球在斜面上的运动是匀变速直线运动，用逻辑推理外推到斜面倾角增大到90°的情况，小球将自由下落，成为自由落体，他认为这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质，多么巧妙啊！

这个结论的正确与否需用实验来验证，三百多年后，我们来验证。

二、实验研究自由落体运动

我们知道了什么是自由落体运动，下面我们继续深入的分析这种运动。

学生分组实验：将点火花计时器呈竖直方向固定在铁架台上，让纸带穿过计时器，纸带下方固定在重锤上，先用夹子夹住纸带上方，使重物静止在靠近计时器的下方，然后接通电源，待打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打出一系列小点，那么这些点记录了重物的运动情况。

对纸带数据进行分析可得，在连续相等的时间内通过的位移不相等，逐渐的增大，所以是加速直线运动。

由前面学过的匀变速直线运动规律：连续相等的时间内，物体通过的位移之差为（在误差允许的范围内）定值可得由落体运动是匀加速直线运动。

由逐差相等公式，Δx＝aT2，已知的=0.02秒。结合纸带上数据，可计算出当地的重力加速度。

通过多次测量计算：

（1）我们通常用g来表示自由落体加速度，也叫重力加速度，数值近似为9.8，重力加速度的方向总是竖直向下的。

在实验中，如果要获得更精确的数据，还可以用手机频闪照相来测量。

（2）地球上不同的地方，g取值不同。从赤道到两极，g逐渐增大。同一地点g值相同。

（3）既然自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动，那么其运动规律与一般规律类似：

三、 自由落体加速度：

(1)在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。

(2)不同的地理位置，重力加速度的大小不同，通常情况下g 取9.8m/s2 ，粗略计算时g 取10m/s2 。（初中学过的常数g =9.8N/㎏，实质上是这里的重力加速度）

(3)重力加速度有大小有方向，它的方向总是竖直向下的，与重力方向相同。

由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本规律及其推论都适用于自由落体运动，只要把V0取零，并且用g来代替加速度a就行了。

匀变速直线运动                      自由落体运动

速度公式： v=v0+at                      v=gt

位移公式： x=v0t+(1/2)at2                x=(1/2)gt2

           v2-v02=2ax                    v2=2gx

例：从离地面500 m的空中自由落下一个小球，取g=10m/s2，求小球：

    （1）经过多长时间落到地面？

    （2）自开始下落计时，在第1 s内的位移、最后l s内的位移。

    （3）下落时间为总时间的一半时的位移。

分析：由h=500m和自由落体加速度，根据位移公式可直接算出落地时间，根据运动时间，可算出第1 s内位移和落下一半时间的位移。最后1 s内的位移是下落总位移和前（n - l）s下落位移之差。

解：（1）由，得落地时间

  s

（2）第l s内的位移：

m

因为从开始运动起前9 s内的位移为

m

所以最后1 s内的位移为

m

（3）落下一半时间即t=5s，其位移为

m

四、当堂练习

1、 做一做：测定反应时间（详见教材55页第6题）

（学生对这个小实验兴趣极大，个个跃跃欲试，可多做几位，g 取10m/s2，教师必须先测算出一些数据，做好准备）

2、某人要测一座高塔的高度，从这座塔顶上静止释放一个小石块，测得石块从释放到落地时间是3.0s，问塔有多高？g取10m/s2。

3、有A、B两个小球，在不同高度上做自由落体运动，A球下落1 s后，B球开始下落，两球同时落到地面。已知B球离地面高度为15m，问A球从多高处下落？g取10m/s2。

五、板书设计

一、自由落体运动：

1.定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。

⒉ 运动性质：初速度为0的匀加速直线运动。

二、自由落体加速度（重力加速度g）

⒈大小：通常情况下取9.8m/s2

⒉方向：竖直向下

⒊地球上不同地方，g的大小是不同的。（计算时一般取g=10 m/s2）

三、自由落体运动的计算公式

         匀变速直线运动           自由落体运动

速度公式： v=v0+at                    v=gt

位移公式： x=v0t+(1/2)at2                x=(1/2)gt2

           v2-v02=2ax                  v2=2gx

六、作业布置

课堂作业：课本p56全部

七、小结

本课的设计采用了课前下发预习学案，学生预习本节内容，找出自己迷惑的地方。课堂上师生主要解决重点、难点、疑点、考点、探究点以及学生学习过程中易忘、易混点等，最后进行当堂检测，课后进行延伸拓展，以达到提高课堂效率的目的。

这节课主要知道自由落体运动的条件；知道自由落体运动就是初速度为零的匀变速直线运动，推出了运动规律的三个公式，要求学生与以前学过的知识联系起来，灵活地运用。